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Ba(Mg1/3Nb2/3)O3电子结构第一性原理计算及光学性能研究

沈杰 魏宾 周静 Shen Shirley Zhiqi 薛广杰 刘韩星 陈文

Ba(Mg1/3Nb2/3)O3电子结构第一性原理计算及光学性能研究

沈杰, 魏宾, 周静, Shen Shirley Zhiqi, 薛广杰, 刘韩星, 陈文
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  • Ba(Mg1/3Nb2/3)O3 (BMN)复合钙钛矿陶瓷具有高介电常数和高品质因子等介电性能, 预示了其在光学领域的应用前景. 本文采用第一性原理方法计算了BMN的电子结构, 对其本征光学性能进行分析和预测. 对固相合成六方相BMN的XRD 测试结果进行Rietveld精修(加权方差因子Rwp=6.73%, 方差因子Rp=5.05%), 在此基础上建立晶体结构模型并对其进行几何优化. 运用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势方法, 对六方相BMN晶体模型的能带、态密度和光学性质进行理论计算. 结果表明BMN的能带结构为间接带隙, 禁带宽度Eg=2.728 eV. Mg-O和Ba-O以离子键结合为主, Nb-O以共价键结合为主, 费米面附近的能带主要由O-2p和Nb-4d 态电子占据, 形成了d-p轨道杂化. 修正带隙后, 计算了BMN沿[100]和[001]方向上的复介电函数、吸收系数和反射率等光学性质. 结果表明, BMN近乎光学各向同性, 在可见光区, 其本征透过率为77%T n <2.14, 并伴随一定的色散现象. 实验测试结果与理论计算结果相吻合.
      通信作者: 陈文, chenw@whut.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51202174, 51102191)、湖北省科技计划项目(批准号: 2014CFB854)和武汉市科学技术计划项目(批准号: 2013010501010137)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-06-15
  • 修回日期:  2015-07-22
  • 刊出日期:  2015-11-05

Ba(Mg1/3Nb2/3)O3电子结构第一性原理计算及光学性能研究

  • 1. 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室, 武汉 430070;
  • 2. 武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070;
  • 3. CSIRO Materials Science and Engineering, Highett, VIC 3190, Australia
  • 通信作者: 陈文, chenw@whut.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51202174, 51102191)、湖北省科技计划项目(批准号: 2014CFB854)和武汉市科学技术计划项目(批准号: 2013010501010137)资助的课题.

摘要: Ba(Mg1/3Nb2/3)O3 (BMN)复合钙钛矿陶瓷具有高介电常数和高品质因子等介电性能, 预示了其在光学领域的应用前景. 本文采用第一性原理方法计算了BMN的电子结构, 对其本征光学性能进行分析和预测. 对固相合成六方相BMN的XRD 测试结果进行Rietveld精修(加权方差因子Rwp=6.73%, 方差因子Rp=5.05%), 在此基础上建立晶体结构模型并对其进行几何优化. 运用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势方法, 对六方相BMN晶体模型的能带、态密度和光学性质进行理论计算. 结果表明BMN的能带结构为间接带隙, 禁带宽度Eg=2.728 eV. Mg-O和Ba-O以离子键结合为主, Nb-O以共价键结合为主, 费米面附近的能带主要由O-2p和Nb-4d 态电子占据, 形成了d-p轨道杂化. 修正带隙后, 计算了BMN沿[100]和[001]方向上的复介电函数、吸收系数和反射率等光学性质. 结果表明, BMN近乎光学各向同性, 在可见光区, 其本征透过率为77%T n <2.14, 并伴随一定的色散现象. 实验测试结果与理论计算结果相吻合.

English Abstract

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